Behälter und Lebensmittel am Band: Anwesenheit im Einlauf und vor der Verpackungsmaschine mit Laser-, Lichtleiter- und Höhenvergleichssensoren

Bevor ein Etikettierer, ein Füller oder eine Verpackungsmaschine arbeitet, muss sie wissen, ob vor ihr etwas steht. Diese Frage stellt sich an vielen Punkten einer Linie, und fast immer genügt als Antwort ein einzelnes Signal. Der Beitrag richtet sich an Instandhaltungsingenieure in Abfüll- und Lebensmittelbetrieben und an Maschinenbauer, die Etikettierer, Füller und Packer auslegen. Er folgt dokumentierten Anwendungen vom Behälter im Einlauf bis zum Produkt vor der Verpackungsmaschine. Mehrere dieser Anwendungen nennen keine Branche; sie werden hier als Flaschen und Behälter beschrieben, nicht als Lebensmittel- oder Getränkefälle. Installiert ist unter allen genau eine Prüfung.

Wichtige Punkte im Überblick

Ein Höhenvergleich beantwortet Anwesenheit und Umkippen zugleich, weil eine stehende und eine liegende Flasche verschieden hoch sind und ein fehlender Behälter gar keine Höhe liefert.
Ob eine Reihe kleiner Flaschen komplett ist, lässt sich ohne Messung prüfen: In einem möglichen Aufbau erzeugt jede Flasche, die den Strahl unterbricht, einen Schaltimpuls, und die Steuerung vergleicht die Impulse je Reihe mit der Sollzahl.
Welche Sensorklasse einen Behälter sieht, hängt am Werkstoff: Transparente Objekte erfasst laut Katalog ein Teil der Ausführungen des CMOS-Lasersensors mit integrierter Auswerteeinheit der Modellreihe LR-Z, sofern Führungen und Halterungen vorhanden sind.
In einer Fertiggerichtsproduktion erkannten Lichtleitersensoren in einem Test Schalen von oben, auch nachdem Schmutz aufgesprüht worden war.
Braucht eine Linie Dutzende Prüfpunkte, zählt der Aufwand je Punkt, und ein einheitlicher Sensortyp für viele Punkte hält die Zahl der Einstellungen und Ersatzteile klein.

Ein Signal je Punkt: wann im Einlauf ein Sensor genügt

Im Einlauf will die nächste Maschine nur wissen, ob der Behälter da ist. Steht die Flasche immer an derselben Stelle und kommt immer gleich an, reicht dafür ein Sensor mit einem Schaltpunkt. Ein Bild, etwa mit dem AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4, wird erst nötig, wenn sich der Behälter von Format zu Format stark ändert oder wenn mehrere Merkmale gleichzeitig zu prüfen sind.

Beide Wege sind in den Anwendungen vertreten, jeweils ohne Angabe der Branche. Für Flaschen wird in einer Anwendung eine Reflexionslichtschranke mit rund einem Meter Abstand zum Reflektor, mit einstellbarer Hell- und Dunkelschaltung, Schaltverzögerung und Empfindlichkeit gesucht. Eine Flaschenanwesenheit mit einem Vision-Sensor wurde mit zufriedenstellendem Ergebnis getestet; zusätzlich braucht diese Prüfung einen Triggersensor. An einer Flaschenlinie ist eine Anwesenheitsprüfung mit einem AI Vision-Sensor von KEYENCE installiert.

Vorhanden und nicht umgekippt: zwei Fragen mit einem Höhenvergleich

An Speiseölflaschen möchte ein Betrieb zwei Dinge zugleich wissen: ob die Flasche da ist und ob sie umgekippt ist. Gewünscht ist ein einziges System für fünf Flaschenvarianten, mit einem Programm je Variante. Dafür kommt der Bildbasierte Höhenvergleichssensor der Modellreihe IX in Frage.

Der Höhenvergleich passt zu dieser Doppelfrage, weil eine stehende und eine liegende Flasche verschieden hoch sind und ein fehlender Behälter gar keine Höhe liefert. Der Höhenvergleichssensor vergleicht die Höhe mit einem Bezugspunkt am Teil selbst und erkennt Höhendifferenzen laut Katalog auch dann stabil, wenn das Teil versetzt, verdreht oder geneigt liegt. Ein einzelner Abstandssensor sieht eine umgekippte Flasche dagegen nicht in jeder Lage, weil sie je nach Richtung am Messpunkt vorbeiliegen kann.

Auf ein Merkmal am Behälter zielt eine Anwendung an einer Soßenflasche, deren Zuführung immer wieder stockt: Dort soll ein Gewindegang mit dem Vision-Sensor auf Anwesenheit geprüft werden. In welche Richtung Gewinde oder Flasche zeigen, wäre bereits eine Lagefrage mit eigenem Beitrag in dieser Reihe.

Die Reihe komplett: kleine Flaschen im Durchlauf erfassen, ohne sie zu messen

Ein Abfüller von Spirituosen fährt Reihen von zehn bis fünfzehn kleinen Flaschen durch die Linie und will wissen, ob jede Reihe vollständig ist, mit getrennten Ausgängen für zwei Verpackungsvarianten. Dafür kommt der Digitale Lasersensor der Modellreihe LV-N in Frage, eine Reihe, zu der auch Lichtschrankenmodelle gehören.

Gemessen wird dabei nichts. Ein möglicher Aufbau: Jede Flasche, die den Strahl unterbricht, erzeugt einen Schaltimpuls, und die Steuerung vergleicht die Zahl der Impulse je Reihe mit dem Sollwert. Eine Lücke in der Reihe fällt so auf, ohne dass Höhe, Durchmesser oder Füllung der Flasche eine Rolle spielen.

Transparent, schwarz, farbig: welcher Sensor welchen Behälter sieht

An einer Glasflasche vor dem Etikettierer, in einer Anwendung ohne Branchenangabe, wurden zwei Sensoren getestet: für die kleine Flasche der CMOS-Lasersensor mit integrierter Auswerteeinheit der Modellreihe LR-Z, für das Etikett daneben Digitale Lichtleitersensoren der Modellreihe FS-N an Lichtleitergeräten der Modellreihe FU. Der Test war stabil. Ein Etikett, das mit einer Kamera auf Sitz oder Variante geprüft wird, behandelt der Beitrag zu Etikett, Sleeve und Verschluss.

Schwarze und transparente Kunststoffbehälter auf demselben Förderband sind die Aufgabe einer weiteren Anwendung ohne Branchenangabe. Ein Lasersensor der Modellreihe LR-Z wurde dafür erfolgreich getestet; für kleine Beutel auf einem Vibrationsförderer vor metallischem Hintergrund soll ein Gerät derselben Modellreihe dienen.

Welche Sensorklasse einen Behälter sieht, hängt am Werkstoff. Transparente Objekte erfasst laut Katalog ein Teil der Ausführungen des Lasersensors der Modellreihe LR-Z, sofern Führungen und Halterungen vorhanden sind. Ein Teil seiner Ausführungen speichert zudem Lage und Lichtmenge einer Referenzfläche im Hintergrund; das setzt eine matte, schwingungsfrei befestigte Fläche in 70 bis 150 mm Abstand und einen um mindestens 10 Grad geneigten Strahl voraus. Lichtleitersensoren mit Reflektor statt Empfänger nennt der FS-N-Katalog für transparente Messobjekte. Für den CMOS-Lasersensor der Modellreihe LR-X ist Transparenz nicht dokumentiert.

Niedriger als der Mitnehmer: Süßwaren und Kuchen auf dem Band

Bei Lebensmitteln liegt die Schwierigkeit oft in der Höhe. Ein Süßwarenhersteller fördert seine Ware in einem Stollenband von rund 100 mm Breite, die Mitnehmer sind etwa 30 mm hoch, und je zwei Fächer fallen in einen Beutel. Die Ware ist niedriger als der Mitnehmer.

Die Klassengrenze ist hier geometrisch. Ein Messpunkt von oben findet im Fach entweder die Ware oder den nächsten Mitnehmer, und beide liegen über dem Bandboden. Wer das ganze Fach als Fläche auswertet, trennt beides; dafür kommt der Vision-Sensor in Frage. Mit AI Trigger wählt er den Aufnahmemoment selbst; ein Triggersensor ist dafür nicht nötig, und das Band muss nicht anhalten.

Für Kuchen auf einem neuen Förderband kommt ein Lasersensor der Modellreihe LR-X oder LR-Z in Frage. Die Modellreihe LR-X erfasst bis 250 mm, die Modellreihe LR-Z je nach Ausführung 25 bis 500 mm.

Schalen, Fleisch und Würfelware vor der Verpackungsmaschine

In einer Fertiggerichtsproduktion soll erkannt werden, ob die Schale in der Linie liegt, und zwar nur von oben und aus rund 30 mm Abstand. Getestet wurden Lichtleitersensoren der Modellreihe FS-N mit einem Lichtleitergerät, auch mit aufgesprühtem Schmutz, und beide Male mit gutem Ergebnis. Die Linie hat rund ein Dutzend solcher Positionen. Die Reinigung der Station plant man an einer solchen Linie gleich mit.

Ein Tiernahrungsbetrieb will Fleisch in rauer Umgebung mit einem Lichtleitersensor der Modellreihe FS-N erkennen. An einer Packstation für Würfelware, an der bisher von Hand geprüft wird und Personal fehlt, sollen Karton und Würfel als vorhanden erkannt werden. Ein Versuch am Werkstück mit dem Vision-Sensor verlief erfolgreich. Lage, Sorte und Anzahl der Würfel sind Fragen anderer Beiträge.

Dutzende Prüfpunkte an einer Linie: der Aufwand je Punkt

Eine Linie braucht selten nur einen Anwesenheitssensor. Die Schalenlinie aus der Fertiggerichtsproduktion zeigt das mit ihrem Dutzend Positionen, und bei der Automatisierung einer Verpackungslinie ohne Branchenangabe ist für die Flaschenanwesenheit eine Lichtschranke vorgesehen.

Bei vielen Punkten zählt, dass Einstellung und Ersatz einfach bleiben. Ein Betrieb ohne Branchenangabe will Flaschen künftig mit dem Standardmodell des Lasersensors der Modellreihe LR-Z statt mit Lichtschranken abfragen. Ein Sensortyp für viele Punkte hält die Zahl der Einstellungen und Ersatzteile klein.

Häufige Fragen

F Wie erkennt ein Sensor, ob eine Flasche umgekippt ist?

Eine stehende und eine liegende Flasche unterscheiden sich in der Höhe. Der Bildbasierte Höhenvergleichssensor der Modellreihe IX bezieht jede Höhe auf einen Referenzpunkt am Teil selbst; laut Katalog bleiben Höhendifferenzen damit auch bei versetzter, verdrehter oder geneigter Lage erkennbar. So beantwortet er Anwesenheit und Umkippen mit einem Gerät.

F Wie prüft man, ob eine Reihe kleiner Flaschen vollständig ist?

Ein Lasersensor mit Lichtschrankenaufbau erzeugt für jede Flasche, die den Strahl unterbricht, einen Schaltimpuls. Die Steuerung vergleicht die Impulse je Reihe mit der Sollzahl und meldet eine Lücke. Für eine solche Reihe kommt in einem dokumentierten Fall der Digitale Lasersensor der Modellreihe LV-N in Frage.

F Erkennt ein Lichtleitersensor Schalen auch unter Verschmutzung?

In einem dokumentierten Test in der Fertiggerichtsproduktion wurden Schalen aus rund 30 mm von oben mit Lichtleitersensoren der Modellreihe FS-N erkannt, auch nachdem Schmutz aufgesprüht worden war. Das ist ein Testergebnis an dieser Linie, keine allgemeine Zusage. Die eigene Schale und die eigene Verschmutzung gehören deshalb in den Versuch.

F Was leistet der Referenzflächen-Modus eines Lasersensors?

Bei einem Teil der Ausführungen des CMOS-Lasersensors mit integrierter Auswerteeinheit der Modellreihe LR-Z speichert der Sensor Lage und Lichtmenge eines festen Hintergrunds als Referenz. Das setzt eine matte, schwingungsfrei befestigte Fläche in 70 bis 150 mm Abstand und einen um mindestens 10 Grad geneigten Strahl voraus. Eine wandernde Referenzfläche gleicht der Modus nicht aus.

F Worauf kommt es an, wenn eine Linie Dutzende Prüfpunkte braucht?

Auf den Aufwand je Punkt: Einstellung und Ersatzteile vervielfachen sich mit jeder Position. Deshalb lohnt es sich, viele Punkte mit einem einheitlichen Sensortyp abzufragen, statt für jede Stelle ein anderes Gerät zu wählen.

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